ZrB2-SiC超高温陶瓷热震破坏机制中的几个基本问题的研究

本项目以研究超高温陶瓷ZrB2-SiC的热震破坏机制为主要方向，深入探讨在热冲击作用下提高陶瓷材料强韧性的微结构机制，为获得高抗热震陶瓷的微结构设计和材料制备提供原理性指导。本课题的主要研究内容包括：完善热震测试实验装置；分析热冲击损伤对材料剩余强度的影响；考虑快速加热冲击情况下对材料的影响。通过理论建模和数值计算，确立材料微结构与力学行为之间的内在本质联系；实验表征陶瓷在热冲击条件下其承载过程中的微结构演化、裂纹萌生和扩展过程以及裂纹尖端和特征微区的应变场的演化斑图；结合断口形貌分析，确定陶瓷材料强韧性在热冲击条件下的变化规律。

陶瓷材料承受热冲击作用后其强度发生灾变性衰减，研究表明，当热震温度低于临界温度时，陶瓷中没有热震裂纹，其强度也不发生变化，但当升温超过临界温度，材料强度将突然大幅下降。显然，裂纹在其中起着决定性作用。特别是，当热震温度介于第一和第二临界温度点之间，热震裂纹和残余强度的关联研究目前存在很大争议。基于此，本项目开展了陶瓷热震裂纹方面的系统实验研究，并部分澄清目前关于热震裂纹随热震温度演化中的一些不确定性问题。我们发现，当温度增加时，热震裂纹斑图呈现三个主要特征：1）裂纹密度和深度增加，最后趋于饱和；2）出现长短裂纹分级结构；3）出现分叉和多级分叉。本项目研究中，发表论文两篇，培养研究生两名。